Un nouveau mécanisme de la régulation temporelle de la communication entre neurones dévoilé

Publié par Adrien le 30/01/2017 à 00:00
Source: CNRS-INSB
En combinant la microscopie à super-résolution STED sur cellules vivantes avec des techniques d'enregistrement de l'activité électrique neuronale et des simulations mathématiques, Ronan Chéreau et ses collaborateurs à l'Institut interdisciplinaire de neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant normaux que pathologiques, des neurones et du...), révèlent que l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) électrique des neurones induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en...) un élargissement des axones, ce qui modifie de manière importante la vitesse (On distingue :) de transmission des messages électriques nerveux. Cette étude qui remet en question la vision classique des axones, a été publiée le 23 janvier 2017 dans la revue PNAS.


Figure: Imagerie à super-résolution des axones et de leur plasticité. Cette image, réalisée avec un microscope à super-résolution appelé STED, montre des neurones colorés avec une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons...) fluorescente dans un tissu cérébral vivant de souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi comme animal de compagnie ou de laboratoire, mais aussi de...).
© Ronan Chéreau et Valentin Nägerl

Les axones transmettent des informations aux neurones proches ou très éloignés. Ils ont longtemps été considérés comme des câbles électriques qui transmettent fidèlement des impulsions nerveuses d'une manière binaire, "tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) ou rien", sur des distances variables. Le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de propagation des potentiels d'action générés détermine le temps de transfert de l'information dans les circuits neuronaux. Dans les axones dépourvus de myéline (La myéline est une substance constituée principalement de lipides (sphingomyéline) dont les couches alternent avec des couches de protides, elles forment la substance...), la vitesse de conduction des potentiels d'action dépend fondamentalement du diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est...) des axones, qui est très variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En...). Or, nous ne savons pas si les diamètres des axones sont dynamiques et régulés par des mécanismes dépendants de l'activité neuronale. En raison de leur petite taille, une centaine de nanomètres, il n'a pas été possible d'étudier la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) de leur morphologie dans le tissu cérébral vivant avec la microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments...) de fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle peut servir à caractériser un matériau.) habituelle.

En utilisant la microscopie de super-résolution par intervalles de temps dans des tranches de cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps, dont la motricité...), les chercheurs montrent que les axones deviennent plus larges suite à une décharge de potentiels d'action à haute fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi...): les boutons synaptiques s'élargissent rapidement d'une manière transitoire, tandis que le diamètre de l'arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres. Les arbres acquièrent une...) axonal augmente tardivement plus progressivement. Des simulations numériques de la propagation des potentiels d'action, incorporant ces dynamiques morphologiques, ont prévu des effets bidirectionnels sur la vitesse de conduction des potentiels d'action. Des expériences d'électrophysiologie confirment ces prédictions. En effet, elles montrent dans un premier temps que la conduction des potentiels d'action ralentit lorsque les boutons synaptiques s'agrandissement de manière transitoire. Puis, qu'une augmentation prolongée de la vitesse de conduction accompagne l'élargissement de l'arbre axonal induit par une décharge de potentiels d'action à haute fréquence.

Globalement, cette étude décrit un nouveau mécanisme de la plasticité morphologique qui explique la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) fine de la vitesse de conduction des potentiels d'action. Ces résultats ouvrent des perspectives nouvelles pour comprendre la régulation temporelle de la propagation de l'information neuronale dans le cerveau.
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